Physikalische Chemie

1. Faraday´sche Gesetz

Prinzip: Die Faraday´schen Gesetze werden auch als Grundgesetze der Elektrolyse bezeichnet und beschreiben der Vorgang in dieser. In diesem Versuch lernen die Schülerinnen und Schüler anhand einer Elektrolyse das Prinzip des 1. Faraday´schen Gesetztes kennen, welches besagt, dass die Stoffmenge, die an einer Elektrode abgeschieden wird, proportional zur elektrischen Ladung ist, die durch den Elektrolyten gesandt wird.

2. Faraday´sche Gesetz

Prinzip: Die Faraday´schen Gesetze werden auch als Grundgesetze der Elektrolyse bezeichnet und beschreiben der Vorgang in dieser. In diesem Versuch lernen die Schülerinnen und Schüler anhand einer Elektrolyse das Prinzip des 2. Faraday´schen Gesetztes kennen, welches besagt, dass die durch eine bestimmte Ladungsmenge abgeschiedene Masse eines Elements proportional zur Atommasse des abgeschiedenen Elements ist und umgekehrt proportional zu seiner Wertigkeit.

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration (Landolt- Reaktion) -

Prinzip Bei einer chemischen Reaktion ist die Reaktionsgeschwindigkeit u.a. abhängig von Reaktionstemperatur und Konzentration der beteiligten Stoffe. Dabei ist die Konzentration der Ausgangsstoffe einer der wesentlichen Einflussgrößen auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Allgemein gilt dabei: Je höher die Konzentration der Ausgangsstoffe ist, desto schneller läuft die entsprechende Reaktion ab. Bei einfachen Reaktionen (erster Ordnung) ist die Reaktionszeit umgekehrt proportional zur Konzentration der Ausgangsstoffe. Vorteile • Didaktisch anschauliche Einführung in die Kinetik chemischer Reaktionen • Versuchsdurchführung gemäß Richtlinien für Sicherheit im Unterricht (Gefährdungsbeurteilung verfügbar)

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Stoffart

Prinzip Nach den fundamentalen Gesetzen der Chemie läuft eine chemische Reaktion dann spontan ab, wenn sie exotherm ist, d.h. Energie (meist in Form von Wärme) an die Umgebung abgibt. Die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion ist dabei abhängig von der Reaktionstemperatur und die Konzentration der Ausgangsstoffe (eine Erhöhung der Reaktionstemperatur bzw. der Konzentration der Ausgangsstoffe führt zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit). Dieser Versuch soll zeigen, dass bei gleicher Temperatur, gleicher Konzentration und vergleichbarer Oberfläche der Ausgangsstoffe trotzdem ein Unterschied in der Reaktionsgeschwindigkeit bei vergleichbaren "Reaktionsmechanismen" beobachtbar ist. Dazu wird Magnesium bzw. Zink mit konzentrierter Salzsäure zur Reaktion gebracht und die entstandene Menge an Wasserstoff untersucht. Beide Reaktionen laufen nach dem gleichen Schema ab ("Metall + Säure -> Salz + Wasserstoff") und dennoch wird eine unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeit beider Reaktionen beobachtet (anhand der Menge an gebildeten Wasserstoff). Obwohl die Reaktionstemperatur, Ausgangskonzentration und Oberfläche der Ausgangsstoffe in etwas gleich ist, läuft die Umsetzung von Magnesium mit Salzsäure deutlich schneller ab. Aufgrund der Stellung in der elektrochemischen Reihe der Elemente hat Magnesium gegenüber Wasserstoff ein wesentlich negativeres Potential als Zink. Dadurch reagiert Magnesium heftiger, d. h. schneller mit Salzsäure reagieren als Zink. Vorteile • Anschauliche Einführung in Kinetik chemischer Reaktionen • Versuchsdurchführung gemäß den Richtlinien für Sicherheit im Unterricht (Gefährdungsbeurteilung verfügbar)

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur (Essigsäure - Magnesium - Reaktion)

Prinzip Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion wird stark von der Temperatur beeinflusst. Durch die Umsetzung von Magnesium mit Essigsäure bei verschiedenen Temperaturen und Messen der dabei jeweils pro Zeiteinheit gebildeten Mengen an Wasserstoff lässt sich dies gut zeigen. Ein Vergleich der Anfangsgeschwindigkeiten der Reaktionen zeigt in erster Näherung etwa eine Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung um 10 K. Vorteile • Didaktisch anschauliche Einführung in die Kinetik chemischer Reaktionen • Gefährdungsbeurteilung verfügbar - einfache und schnelle Versuchsvorbereitung

Aufbau von Konzentrationsketten aus Kaliumchloridlösungen und Silber/Silberchloridelektroden

Prinzip Nicht nur zwischen Halbzellen aus unterschiedlichen Metallen in ihren Salzlösungen lassen sich elektrische Spannungen messen, sondern auch zwischen gleichartigen Halbzellen, die sich lediglich in den Konzentrationen ihrer Salzlösungen voneinander unterscheiden. Solche Paarungen gleicher Halbzellen mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen bezeichnet man als »Konzentrationsketten«. Die messbare Spannung solcher Konzentrationsketten unterliegt einer Gesetzmäßigkeit, die in der sogenannten »Nernst-Gleichung« ihren mathematischen Ausdruck gefunden hat. In diesem Versuch werden Konzentrationsketten aus Kaliumchloridlösungen aufgebaut und ihre Spannungen gemessen. Als Elektroden dienen 2 Silber/Silberchlorid-Elektroden verwendet. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettsets, mit der alle wichtigen curricularen Themen der Elektrochemie abgedeckt werden • Schnelle und einfache Versuchsvorbereitung (Versuchsanleitung und Gefährdungsbeurteilung verfügbar)

Bestimmung von Standardpotenzialen mit einer Silber/Silberchloridelektrode als Bezugselektrode

Prinzip In diesem Versuch werden Standardpotenziale einer Zink- und einer Kupferhalbzelle unter Verwendung einer Silber/Silberchloridelektrode als Bezugselektrode bestimmt. Dabei stellen die Schüler  fest, dass die Messwerte höher bzw. niedriger als die Standardpotentiale E0 sind, die in der Literatur zu finden sind (+0,34 V und -0,76 V), die Differenz beträgt jeweils 0,236 V. Das ist bekanntlich das Potenzial der Silber/Silberchloridelektrode gegenüber einer Normalwasserstoff-Elektrode. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettsets, mit der alle wichtigen curricularen Themen der Elektrochemie abgedeckt werden • Schnelle und einfache Versuchsvorbereitung (Versuchsanleitung und Gefährdungsbeurteilung verfügbar)

Das Löslichkeitsprodukt der Silberhalogenide

Prinzip Gibt man in eine 1 molare Kaliumhalogenidlösung (= Kcl, KBr, KI) einige Tropfen einer stark verdünnten Silbernitratlösung (c = 0,01 mol/I), so kommt es sofort zur Ausfällung des entsprechenden Silbe halogenids (AgCl, AgBr, AgI), weil die Löslichkeitsprodukte dieser schwerlöslichen Salze schon durch diese geringen Mengen zugegebener Silberionen überschritten werden. Es bleiben dann nur noch soviele freie Silberionen in diesen Silberhalogenid- lösungen übrig, wie es das Löslichkeitsprodukt KL = c (Ag+) • c (Hal-) zulässt. Da die Beziehung zwischen Konzentrationsdifferenz und Spannung in einer Konzentrationskette der Nernst-Gleichung folgt, kann man aus der gemessenen Spannung das Löslichkeitsprodukt bzw. die Silberionenkonzentration der jeweiligen Silberhalogenidlösung errechnen, was in diesem Versuch untersucht wird. Vorteile • Experimentierliteratur für Schüler und Lehrer erhältlich: Minimale Vorbereitungszeit • Gefährdungsbeurteilung für Schüler und Lehrer erhältlich • Einfaches Lehren und effizientes Lernen beim Einsatz der verfügbaren interaktiven Experimentier-Literatur

Das Volta-Element

Prinzip Das erste galvanische Element wurde 1799 von dem italienischen Physiker Alessandro Graf Volta beschrieben. Dieses »Volta-Element« bzw. Diese »Voltasche Zelle« ist auch ein Kupfer/Zink-Element, doch im Unterschied zum später entwickelten Daniell-Element befinden sich hier beide Metallelektroden gemeinsam in einer Elektrolytlösung aus verdünnter Schwefelsäure. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettsets, mit der alle wichtigen curricularen Themen der Elektrochemie abgedeckt werden • Schnelle und einfache Versuchsvorbereitung (Versuchsanleitung und Gefährdungsbeurteilung verfügbar)

Demo advanced Chemistry Manual Glass Jacket System (GLT), (in Englisch)

Die Silber/Silberchloridelektrode als Bezugselektrode

Prinzip Eine exakt funktionierende Normalwasserstoffelektrode ist stets etwas umständlich herzustellen und zu handhaben. Aus diesem Grunde hat man nach einfacheren Methoden gesucht, mit denen man auch gute und jederzeit reproduzierbare Potenzialmessungen durchführen kann. Zwei Elektroden haben sich inzwischen als sehr brauchbar erwiesen. Diese sind die Silber/Silberchloridelektrode und die Quecksilber/Quecksilberchloridelektrode (auch Kalomelelektrode genannt). In diesem Versuch wird eine Silber/Silberchloridelektrode hergestellt und ihr Potenzial gegenüber einer Normalwasserstoffelektrode bestimmt. Vorteile • Versuch ist Teil einer Komplettsets, mit der alle wichtigen curricularen Themen der Elektrochemie abgedeckt werden • Schnelle und einfache Versuchsvorbereitung (Versuchsanleitung und Gefährdungsbeurteilung verfügbar)

Die Zink/Sauerstoff Zelle

Prinzip Es soll eine Zink/Sauerstoff-Zelle als Modell erstellt werden, an der die Funktionsweise dieses Energiespeichers erkennbar ist. Die Zink/Sauerstoff-Zelle ist, wie der Bleiakkumulator, ein Sekundärelement. Das heißt, sie wird erst durch einen Aufladevorgang zu einem galvanischen Element, das eine zeitlang elektrische Energie abgeben kann und danach erneut aufgeladen werden muss. Der Elektrolyt dieses Elements ist stark alkalisch, das Oxidationsmittel während der Stromabgabe ist Sauerstoff. Technische Ausführungen dieses Elements in dem Versuch sind so konstruiert, dass sie den Luftsauerstoff als Oxidationsmittel nutzen können. Vorteile • Experimentierliteratur für Schüler und Lehrer erhältlich: Minimale Vorbereitungszeit • Gefährdungsbeurteilung für Schüler und Lehrer erhältlich • Einfaches Lehren und effizientes Lernen beim Einsatz der verfügbaren interaktiven Experimentier-Literatur